Ukrainian Journal of Physical Optics 

¹Nawzad A. Abdulkareem and ²Sarkawt A. Sami

¹Department of Physics, College of Science, University of Zakho, Iraq
²Department of Physics, College of Science, University of Duhok, Iraq

Download this article

Abstract. In the recent years, caesium lead halides CsPbX₃ with the halogen elements Cl, Br and I have gained much attention of researchers owing to their attractive optical properties. In the present work we discuss the changes in their structure, bandgap and optical properties that occur under hydrostatic pressures 1–10 GPa. The density functional theory based on the generalized gradient approximation within the Perdew–Burke–Ernzerhof approach for exchange-correlation energy is used for calculations, in conjunction with the augmented plane-wave pseudopotential method. Since the generalized gradient approximation underestimates the bandgap, we employ the GW method to improve the bandgap values. The optical properties are computed in the photon-energy range 0.1–3.6 eV, using the density functional perturbation theory. As the pressure increases, the Pb–halogen bonds become contracted, whereas the volume of the unit cell shrinks uniformly, with no phase or structure-type transformations. The bandgap decreases with increasing pressure and the corresponding decrease rate for CsPbI₃ is less than that for CsPbBr₃. In general, the optical response of the caesium lead halides increases with increasing pressure, while the peaks of maximums of the response functions are red-shifted.

Keywords: CsPbX₃ perovskites, structure, induced optical properties, induced bandgap, ab initio calculations 

UDC: 535.34
Ukr. J. Phys. Opt. 20 132-141
doi: 10.3116/16091833/20/3/132/2019
Received: 26.06.2019

Анотація. В останні роки свинцевовмісні галогеніди цезію CsPbX₃ з елементами галогенів Cl, Br та I привертають значну увагу дослідників завдяки привабливим оптичним властивостям. У цій роботі обговорено зміни в їхній структурі, ширині забороненої зони та оптичних властивостях, які з’являються під гідростатичними тисками 1–10 ГПа. У розрахунках використано теорію функціонала густини, що ґрунтується на узагальненому градієнтному наближенні в рамках підходу Пердью–Бурке–Ернцергофа для обмінно-кореляційної енергії, разом із методом розширеного плоскохвильового псевдопотенціалу. Оскільки узагальнене градієнтне наближення недооцінює ширину забороненої зони, для поліпшення розрахунків ми застосували відомий метод GW. Оптичні властивості обчислено в діапазоні фотонних енергій 0,1–3,6 еВ на основі теорії збурень для функціонала густини. Показано, що зі зростанням тиску зв’язки Pb–галоген скорочуються, тоді як об’єм елементарної комірки однорідно зменшується, без жодних фазових перетворень або змін структурного типу. За цих же умов заборонена зона звужується, а відповідна швидкість її звуження для сполуки CsPbI₃ менша, ніж для CsPbBr₃. Загалом зростання тиску приводить до посилення оптичного відгуку свинцевовмісних галогенідів цезію, а піки максимумів їхніх функцій відгуку зазнають червоного зсуву.